이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 난방밸브개폐에 따른 난방시간보정제어방법을 예시하는 제어공정도이다.
일반적으로, 온도측정주기를 이용한 각 방의 난방제어시스템에 있어서 각 방의 난방시간은 설정된 온도측정주기동안 각 방에 공급되는 유량합을 의미하고, 각 방의 난방밸브가 개폐되면서 각 방에 공급되는 유량이 증가하거나 감소하게 되므로 유량의 변화에 따라 난방밸브의 개도량이 보정되지 않을 경우 각 방에 공급되어야할 유량합에 못 미치거나 초과하게 되는데, 방에 공급된 유량합이 부족할 경우 방의 난방이 충분치 못해 추울 것이고, 방에 공급된 유량합이 과다할 경우 방의 난방이 과다하여 덥게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 각 방의 난방밸브개도량을 제어하여 온도측정주기중 각 방의 난방시간동안 각 방에 최적의 유량을 공급하도록 구성되는데, 다시 말하면 각 방은 설정된 난방시간에 의해 난방되도록 제어되지만 난방중 어느 방의 난방밸브가 개폐되면서 각 방에 공급되는 난방유량이 변하게 되고, 난방밸브의 개도량을 제어하여 각 방에 공급되는 난방유량을 보정하도록 구성되어 있다.
구체적으로 설명하면, 본 발명은 도1에 도시한 바와 같이 난방수순환의 저항 과 순환펌프의 양정를 이용하여 각 방의 난방유량을 산출하는 각 방의 난방유량산출단계(S100)와, 상기 각 방의 난방유량산출단계(S100)에서 산출되는 각 방의 난방유량에 따라 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하는 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)와, 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 산출된 난방시간동안 각 방에 공급될 난방유량을 난방밸브개도량(HVo1~HVo4)에 따라 보정하는 각 방의 난방유량보정단계(S300);로 구성되어 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 난방제어방법을 실시예를 통해 구체적으로 설명하고자 한다.
[실시예]
1.각 방의 난방유량산출단계(S100)에서는 난방수순환에 있어 각종 저항과 순환펌프의 양정를 이용하여 각 방의 난방유량을 산출하게 되는데,
예컨대, 실내에서 각각 100m(Rp1),80m(Rp2),60m(Rp3),40m(Rp4)의 난방배관길이를 갖는 4개의 방(ro1~ro4)에 대하여 4구형의 온수분배기를 이용하여 난방을 실시할 경우, 800mbar의 양정(V)을 갖는 순환펌프를 사용하면서 보일러의 내부저항과 송환수관의 저항인 R1을 15mm의 직경을 갖는 파이프의 등가길이로 환산하여 총 30m로 계산하고, 동시에 각 방(ro1~ro4)의 밸브, 분배기, 접속구 등에서 발생되는 저항인 R2을 각각 20m로 환산하면서, 순환펌프의 양정(V)은 1mbar를 1Volt로,저항(R1,R2)과 난방배관길이(Rp1~Rp4)는 1m를 1Ω으로, 그리고 유량(Q)은 1LPM를 1A로 가정하면, [순환펌프의 양정(V)=유량(Q)×{저항(R1,R2)+난방배관길이(또는 난방 면적)(Rp1~Rp4)}]와 같은 관계식이 성립하는 다음과 같은 난방수순환의 전기회로식 등가회로를 만들 수 있게 된다.
이때, 상기 등가회로에서 모든 방의 전체저항 Rm를 구하면,
1/Rm=1/Rm1+1/Rm2+1/Rm3+1/Rm4=1/120+1/100+1/80+1/60=0.0475이므로
Rm≒21m가 되고,
난방유량Q=전체양정(V)/전체저항(R1+Rm)에서
Q=800/(21+30)m이므로 Q=15.7LPM을 구할 수 있다.
이때, 전체양정(V)/전체저항(R1+Rm)=방의 양정(Vr)/방의 부하(저항)(Rm)의 관계로부터 Vr=800×21/51≒329mbar이며,
또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 양정값 Vr=329mbar에 따른 각 방(ro1~ro4)의 난방유량 Q1,Q2,Q3,Q4을 구하면,
Q1=Vr/Rm1=329/120≒2.8LPM
Q2=Vr/Rm2=329/100≒3.3LPM
Q3=Vr/Rm3=329/80≒4.1LPM
Q4=Vr/Rm4=329/60≒5.5LPM이 되고,
상기 난방유량 Q1,Q2,Q3,Q4의 값은 각 방의 난방밸브(v1~v4)가 100% 개방된 상태에서 각 방에 공급되는 유량값이다.
2. 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서는 각 방의 난방유량산출단계(S100)에서 산출되는 각 방의 난방유량(Q1,Q2,Q3,Q4)중 난방배관길이 Rp1이 가장 길면서 그 난방유량값이 가장 작으므로 이 난방유량(Q1)을 기준으로 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하게 되는데,
방1(ro1)의 난방배관길이인 100m에 난방유량 Q1=2.8LPM이 공급되는 경우, 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대해 ΔT=0.5℃당 난방시간을 5분으로 설정하기로 하면,
예컨대, 방1의 온도차 ΔT가 1℃, 방2의 온도차 ΔT가 1.5℃, 방3의 온도차 ΔT가 2℃, 방4의 온도차 ΔT가 2.5℃가 발생되었다고 가정하는 경우, 각 방의 난방시간은 각각 10분, 15분, 20분, 25분으로 설정할 수 있게 된다.
3. 각 방의 난방유량보정단계(S300)에서는 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 설정된 각 방의 난방시간동안 각 방(ro1~ro4)에 공급될 난방유량을 각 방의 조건에 따라 보정하게 된다.
다시 말하면, 각 방에 설정된 난방시간은 1번방(ro1)의 난방밸브(v1)가 100% 완전 개방된 상태에서 난방유량 Q1=2.8LPM이 공급되는 경우를 기준으로 설정된 시간이므로, 설정된 난방시간동안 방2내지4(ro2~ro4)에 각 난방밸브(v2~v4)가 완전 개방된 상태에서 Q1=2.8LPM보다 많은 Q2,Q3,Q4의 난방유량이 공급되면서 방2 내지 방4(ro2~ro4)의 경우 과도난방이 이루어지게 된다.
따라서, 본 발명에서는 난방밸브(v2~v4)의 개도량을 조절하여 방2~4(ro2~ro4)로 공급되는 난방유량을 보정함으로써 과도난방을 방지하도록 구성되어 있다.
즉, (난방시간설정을 위한 기준난방유량)/[각 방의 난방유량(Q1,Q2,Q3,Q4)]의 수식을 이용하여 난방밸브의 개도량을 다음과 같이 산출하여 각 방의 난방유량을 보정하게 된다.
방1의 난방밸브개도량(HVo1) = 2.8LPM/Q1 = 2.8LPM/2.8LPM = 100%
방2의 난방밸브개도량(HVo2) = 2.8LPM/Q2 = 2.8LPM/3.3LPM ≒ 85%
방3의 난방밸브개도량(HVo3) = 2.8LPM/Q3 = 2.8LPM/4.1LPM ≒ 68%
방4의 난방밸브개도량(HVo4) = 2.8LPM/Q4 = 2.8LPM/5.5LPM ≒ 51%
결국, 본 발명에서는 각 방의 온도차 ΔT에 따라 설정된 각 방의 난방시간동안 방1(ro1)의 난방밸브개도량(HVo1) 100%로 난방밸브(v1)를 완전 개방한 상태에서 방2(ro2)의 난방밸브개도량(HVo2) 85%, 방3(ro3)의 난방밸브개도량(HVo3) 68%, 방4(ro4)의 난방밸브개도량(HVo4) 51%로 각 난방밸브(v2,v3,v4)를 개방하여 각 방에 공급되는 난방유량을 제어함으로써 최적의 난방상태를 유지시키게 된다.
4.각 방의 난방중 방1의 난방시간이 종료되었다고 가정하면,
방1(ro1)의 난방밸브(v1)가 닫히게 되고, 방1에 공급되던 난방유량은 방2,3,4에 공급되므로 상기와 같은 제어방법으로 난방유량을 재보정하게 된다.
방2,3,4에 대한 난방유량을 보정하게 되는데, 방2,3,4의 보정저항 Rm'를 구하면,
1/Rm'=1/Rm2+1/Rm3+1/Rm4=1/100+1/80+1/60=0.0392이므로
Rm'≒25.5m가 되고,
난방유량Q'=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm')에서
Q'=800/(25.5+30)m이므로 Q'=14.4LPM이고,
방의 보정양정(Vr')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm')/보정된 전체저항(R1+Rm')의 관계식으로부터 Vr'=800×25.5/55.5=368mbar를 구할 수 있다.
또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 보정양정 Vr'=368mbar에 따른 각 방(2~4)의 각 난방유량 Q2', Q3', Q4'을 구하면,
Q2'=Vr'/Rm2=368/100≒3.7LPM
Q3'=Vr'/Rm3=368/80=4.6LPM
Q4'=Vr'/Rm4=368/60=6.1LPM이 되고,
각 방의 보정난방시간1 = (각 방의 설정난방시간 - 방1의 난방시간)으로 설정하게 된다.
방2의 난방밸브개도량(HVo2') = 3.7LPM/Q2' = 3.7LPM/3.7LPM = 100%
방3의 난방밸브개도량(HVo3') = 3.7LPM/Q3' = 3.7LPM/4.6LPM ≒ 80%
방4의 난방밸브개도량(HVo4') = 3.7LPM/Q4' = 3.7LPM/6.1LPM ≒ 61%이므로,
각 방의 보정난방시간1동안 방2(ro2)의 난방밸브개도량(HVo2') 100%로 난방밸브(v2)를 완전 개방한 상태에서 방3(ro3)의 난방밸브개도량(HVo3') 80%, 방4(ro4)의 난방밸브개도량(HVo4') 61%로 각 난방밸브(v3,v4)를 개방하도록 제어하게 된다.
5. 이어서, 방2(ro2)의 난방시간이 종료되었다고 가정하면,
방2의 난방밸브(v2)가 닫히게 되고, 방2에 공급되던 난방유량은 방3,4에 공급되므로 난방유량을 재보정하게 된다.
방3,4에 대한 난방유량을 보정하게 되는데, 방3,4의 보정저항 Rm''를 구하면,
1/Rm''=1/Rm3+1/Rm4=1/80+1/60≒0.029이므로
Rm'≒34.5m가 되고,
난방유량Q''=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm'')에서
Q''=800/(30+34.5)m이므로 Q''=12.4LPM이고,
방의 보정양정(Vr'')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm'')/보정된 전체저항(R1+Rm'')의 관계식으로부터 Vr''=800×34.5/64.5=428mbar를 구할 수 있다.
또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 보정양정 Vr''=428mbar에 따른 방3,4의 각 난방유량 Q3'', Q4''을 구하면,
Q3''=Vr''/Rm3=428/80=5.4LPM
Q4''=Vr''/Rm4=428/60=7.1LPM이 되고,
각 방의 보정난방시간2 = (각 방의 보정난방시간1 - 방2의 난방시간)으로 설정하게 되며,
방3의 난방밸브개도량(HVo3'') = 5.4LPM/Q3'' = 5.4LPM/5.4LPM = 100%
방4의 난방밸브개도량(HVo4'') = 5.4LPM/Q4'' = 5.4LPM/7.1LPM ≒ 76%
결국, 본 발명에서는 각 방의 보정난방시간2동안 방3(ro3)의 난방밸브개도량(HVo3'') 100%로 난방밸브(v3)를 완전 개방한 상태에서 방4(ro4)의 난방밸브개도량(HVo4'') 76%로 제어하게 된다.
6. 이어서, 방3(ro3)의 난방시간이 종료되었다고 가정하면,
방3의 난방밸브(v3)가 닫히게 되고, 방3에 공급되던 난방유량은 방4에 공급되므로 난방유량을 재보정하게 된다.
방4에 대한 난방유량을 보정하게 되는데, 방4의 보정저항 Rm'''를 구하면,
1/Rm'''=1/Rm4=1/60≒0.017이므로
Rm'≒58.8m가 되고,
난방유량Q'''=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm'')에서
Q'''=800/(30+58.8)m이므로 Q''=9.0LPM이고,
방의 보정양정(Vr''')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm''')/보정된 전체저항(R1+Rm''')의 관계식으로부터 Vr'''=800×58.8/88.8=530mbar를 구할 수 있다.
또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 보정양정 Vr'''=530mbar에 따른 방4의 난방유량 Q4'''을 구하면,
Q4'''=Vr'''/Rm4=530/60=8.8LPM이 되고,
방4의 보정난방시간3 = (각 방의 보정난방시간2 - 방3의 난방시간)으로 설정하게 되며,
방4의 난방밸브개도량(HVo4''') = 8.8LPM/Q4''' = 8.8LPM/8.8LPM = 100%이므로, 방4의 보정난방시간3동안 방4(ro4)의 난방밸브개도량(HVo4''') 100%로 제어하게 된다.
요컨대, 본 발명에서는 각 방의 난방배관길이가 길수록 각 방에 공급되는 난방유량이 반비례하게 되고, 각 방에 공급되는 난방유량에 클수록 각 방의 난방밸브개도량을 작게하여 난방유량에 따라 설정된 난방시간동안 각 방에 공급되는 난방유량합이 동일하도록 각 방에 공급되는 난방유량을 조절하게 되는데, 이를 위하여 각 방(ro1~ro4)의 난방조건에 따라 각 방에 공급되는 난방유량을 산출한 후, 온도측정주기중 난방시간을 난방할 각 방(ro1~ro4)에 공급되는 난방유량에 따라 설정한 다음, 설정된 난방시간동안 각 방에 공급되는 난방유량합이 동일하도록 각 방의 난방밸브에 대한 개도량을 설정하고, 각 방의 난방밸브개도량을 조절하여 각 방에 보정된 난방유량이 공급되도록 제어됨으로써, 각 방에 대한 불필요한 과다난방이나 부족한 난방을 최소화하는 데에 그 기술적 특징이 있다할 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 방의 난방유량산출단계(S100)에서 4개의 방(ro1~ro4)에 대한 난방수순환에 있어 각종 저항(R1,R2,Rp)과 순환펌프의 양정(V)을 이용하여 각 방의 난방유량을 산출하게 되는데,
4개의 방(ro1~ro4)의 난방배관길이(Rp1~4)와 보일러의 내부저항과 송환수관의 저항인 R1, 각 방(ro1~ro4)의 밸브, 분배기, 접속구 등에서 발생되는 저항인 R2를 알 수 없는 경우, 난방수의 공급압력(Pi)과, 각 방의 출구측에서 난방수의 회수압력(Po1~Po4)을 측정하여 그 압력차 △P를 산출하거나 또는, 방(ro1~ro4)에 유량계를 설치하여 각 방의 유량값 Q를 산출하게 된다.
이때, 난방수의 공급압력(Ps)과 각 방의 회수압력(Pe1~Pe4)에 대한 압력차 △P는 각 방의 난방배관길이(Rp1~4)에 비례하게 되고, 난방유량의 산출시 저항값으 로 대체하게 되고, 각 방의 유량값Q는 상기 각 방의 난방유량 Q로 대체되어 사용된다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 실질적인 범위는 상술된 실시예에 의해 한정되어져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 청구범위와 균등한 구성에 의해 정해져야 함은 당연하다.